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社科院杜兰能源管理硕士｜能源转型进程中我国电力能源结构、问题与趋势

时间：2020-09-12 点击：【打印此页】【关闭】

把握我国能源转型的大背景的电力能源结构，主要从能源转型低碳化和数字化趋势两个方面来思考当前电力能源结构的特点与问题，以及在此基础上分析中国电力结构的未来

一、我国电力能源结构的几个特点

这里主要从如下几个方面来阐述：一是电力在一个国家能源中的地位，二是发电结构的低碳化，三是电网结构，四是用户侧电力结构，五是波动性风光电比重。

1. 电在能源服务中的地位

电是一种优质能源，借助不断延伸的电网给大量工商企业和居民提供服务。然而，从终端能源消费看，电始终只是提供能源服务的一种能量来源。如下表，2018年，电在终端能源消费中对占比，世界平均水平位19.2%，排第二位。最高是石油（41%），第三是热力（14.3%），最后是煤炭（10.4%）。北美、欧盟等发达国家电力占比基本上21%左右，亚洲国家电能占比普遍较高，日本、韩国和中国分别为28.9%，25.1%和23.9%。根据国网能源院对最乐观估计，中国到2050年电能占终端部门能源消费对比重将达到50%，但仍有一半是非电能源。

2018年世界及主要国家终端能源消费结构（按品种）

2.我国发电结构显现低碳化趋势，火电占绝对主导地位

我国发电装机和发电量开始从高速增长进入低速增长阶段，从两位数增长转为个位数增长。无论是发电装机容量，还是发电量都呈现出可再生能源占比扩大趋势。2019年，发电装机容量59.2%，非化石能源装机（含核电、水电、风电、光伏发电）占40.8%

3.我国电力投资以电网投资为主，电源投资投资以化石能源装电源投资为主

2013年开始，我国电力投资中，电源投资为主对势头被扭转，电网投资持续超过电源投资（如图3）。

2019年，全国电力投资7995亿元，同比减少2%。其中电网投资4856亿元，同比减少9.6%，占电力总投资对61%，电源投资3139亿元，同比增长12.6%，其中火电投资仅占20%，其余均为风电、水电、核电和太阳能发电等非化石能源电源投资。非化石能源电源投资全面超过火电投资。

4.火电发电装机规模趋向大型化，光伏发电趋向分布式

主要表现在几个方面：

一是从火电装机看，火电装机规模日趋扩大。出于减少污染物排放和降低发电煤耗对目的，2004年，国家发改委出台了新建燃煤电站的技术标准，要求新建火电单机容量原则上应为60万千瓦及以上，发电煤耗要控制在286克标准煤/千瓦时以下。2019年在役火电机组容量44.7%为60万千瓦及以上。

二是可再生能源中，光伏发电早期绝大部分是规模化集中式电站，电站也主要以西北太阳能资源丰富的地区为主。2016年，集中式光伏电站份额依然占据光伏发电站的86.7的市场，到2019年前9月，已经下降为69.1%，而屋顶分布式光伏电站份额上升到30.9%。新增光伏电站也逐渐从西向东发展。2019年前三季度，华北、华中地区新增光伏电站占当年的52.6%，西北新增装机仅占26.9%。

5.从可再生能源发电占比看，我国还处于能源转型的初级阶段

经常有专家提到，我国可再生能源发展规模已经超过美国，成为世界第一，已经是世界能源转型的引领者。2019年，我国可再生能源发电装机容量达到7.94亿千瓦，占全球可再生能源装机的31.3%；可再生能源发电量2.04万亿千瓦时，占全球可再生能源发电量的30.9%。同时，2019年，我国可再生能源消费总量达到17.95EJ，占全球可再生能源消费量的26.9%，继续保持我国作为全球最大的可再生能源生产国和消费国地位。

然而，可再生能源发展规模的领先地位决定了我国在应对气候变化方面的全球先行者角色，但这并不意味着我国在能源转型方面也处于同样的位置。因为能源转型，本质上是一个国家内部的能源替代问题。因此，可再生能源的相对量，即在能源系统中的比重，而不是绝对量更能反映能源转型的阶段。因为随着可再生能源在能源系统中份额提升到不同水平，其发展特征和所面临的问题是不同的。

国际上通行用非水可再生能源（风力发电和光伏发电）占总发电量的比重来衡量能源转型的进展，因为风力发电和光伏发电既是未来新增可再生能源发点电主力军，同时也是对就有电力系统冲击最大的可再生能源。如果以波动性风光电量比重衡量，中国、美国、加拿大、巴西、印度、日本都处于能源转型的初级阶段（风光电占发电量比重均处于15%以下）

从能源转型趋势看我国电力能源结构问题
认识电源结构存在的问题，需要有一个潜在的评价标准。也就是说，用什么标准去评价某一个特点到底是优点还是问题。必须从能源转型的趋势和逻辑角度去思考电力能源结构，甚至当前电力系统的全部问题。

能源转型对电力行业的影响
本次能源转型是应对气候变化所推动的，最终目的是大幅减少人类活动的二氧化碳排放，抑制全球变暖趋势。能源转型是影响包括电力行业在内的所有能源行业未来50年最基本和持久的因素，对电力行业发展方向、商业模式和电力体制都将产生深远影响。
能源转型的趋势。通过逐渐降低能源生产和消费中所产生的碳排放，逐渐建立一个基于零碳能源的能源系统。转型的核心任务就是推动目前以化石能源为主导的能源系统，转向以可再生能源为主导的能源系统。
能源转型的两个支柱。从各国实践看，低碳到零碳能源的实现，一是依靠大力提高能源效率，减少化石能源消费总量；二是大力发展可再生能源。而转型的关键是能源系统的转型，其中电力系统转型是关键之关键。
对电力行业的影响。能源转型的要求具体到电力行业，其影响主要表现为两个方面：发电、电网和用电环节的低碳化；二是整个电力系统的数字化，用数字技术来适应能源转型过程中的挑战，更好地适应用户的需求变化。

当前电力结构存在的问题
从低碳角度谈电力结构的问题，自然会提到火电比重太高等问题。但笔者认为，这只是我国电力行业的阶段性特征，因为火电比重近年来的确在持续下降，非化石能源装机和发电量稳步上升。而以煤为主的能源结构，不可能快速跨越到以低碳电力为主。
首先，我国电力系统灵活性差是根本问题，远不能满足现阶段能源转型的要求。

随着带有波动性特点的风光电比重的上升，必然要求电力系统以更高的灵活性来应对这种波动性。根据欧洲的经验，提升现有电力系统波动性的常见方法有如下五种：
一是提高除风电和光伏之外其他发电厂的灵活度。包括对燃煤发电机组进行灵活性改造，降低最小电厂功率，提高最大负荷梯度增加，缩短开机时间等；热电联产发电厂可以将热能导入储能系统或集中供热网络，可以扩大其出力的调节范围。
二是加强区域电网的互联互通，发挥相邻电网的“间接储能系统”作用，优化资源利用，减少系统总体成本。
三是提高电力需求侧的灵活性，主要是综合运用储能、热泵、电动汽车、智能电表等技术手段，提高负荷的可调节性。
四是发展可再生能源供热、增加储热装置，增加电厂灵活度。与储电相比，储热在技术上更加易于实现，成本也相对要低廉得多。
五是在生产侧、电网侧和用户侧采用储能技术，提高这些环节灵活性。

目前，除了煤电机组的灵活性改造，电化学储能成本高之外，其余四种途径在我国都因为存在各种障碍，要么没动作，要么效果非常有限，导致目前电力系统的灵活性还是很差。当然，更重要的是多年来电源开发与电网规划不匹配，因而才出现了处于能源转型初级阶段、风光电无法上网的比重高企的局面。
其次，火电机组的大型化与电力系统灵活性的内在矛盾。
目前，很多电力政策思路基本上不考虑能源转型的影响。最典型的就是电力行业节能减排和淘汰落后产能的政策中一直推崇、并被推广到其他行业的“上大压小”政策。此后，关停小火电机组的标准不断提高。目前，已经要求20万及其以下千瓦火电机组必须关闭，并鼓励上大机组。据统计，60万千瓦及其以上火电机组占全部机组的比重已经占到44%以上。
然而，不断提高火电机组规模，本质上不利于提高电力系统灵活性。因为随着可再生能源发电机组比例的进一步提高，火电机组未来将从基荷电源转变为备用电源。也就是说，在风光电发电高峰，大量的火电机组就要停下来或者低负荷运转让风光电机组优先发电；当风光电出力掉下来时，火电机组要马上顶上去。这就要求火电机组有足够的灵活性。显然，机组规模越大，灵活性越差。而且，60万千瓦的超临界机组如果低负荷运行，煤耗和排放都要大幅度增加，节能减排的目的也无法完全实现。

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